高速列车过隧气压爆波预测及外形优化研究

高速列车过隧气压爆波的非线性效应显著，目前传统CFD方法的精度仍有待提高。本项目拟在隧道口附近的强非线性脉冲区域，应用3D混合非结构网格的高阶谱差分方法和高精度人工边界条件技术；在较远的蜕变拟线性区域，采用经典的声类比理论描述爆鸣声的传播特性；通过非线性解析理论模型、模型实验数据和实车试验数据进行对照研究。研究不同列车和隧道参数对气压爆波的影响，进而研究高速列车外形优化设计。高阶谱差分方法保证了局部格式的精度和计算稳定性，混合非结构网格的高精度谱离散降低了方法的实际应用难度，因而将能够构建更加普适的气压爆波预测模型，用以研究隧道和列车外形的优化，为列车外形优化设计及高速铁路隧道口气压爆波的评估和防治提供技术支持。

高速列车过隧气压爆波的非线性效应显著，目前传统CFD方法的精度仍有待提高。本项目开发了基于高阶谱差分离散的CAA气压爆波预测模型；采用轴对称圆管模型，成功模拟了大幅值气压爆波的形成过程；并对三维情况采用参数修正的方法进行了修正；采用并行计算加速了计算过程。通过非线性解析理论模型、动模型实验以及实车试验数据对本计算模型的结果进行了对比校核研究，对比结果的一致性表明，本项目开发的计算模型精度较高、适用性较强。随后，利用这个计算模型，本项目研究了气压爆波的参数化影响规律和相似规律，研究了长大隧道气压爆波的特殊性；进而和实验对照、针对性的研究了高速列车头型的优化设计。本项目发展的气压爆波预测模型，能够用于隧道和列车外形优化研究的快速评估，进而为高速铁路隧道口气压爆波的防治提供技术支持。